JPH05290775A - 電子銃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子ビーム強度を容易に増加させることがで
きる、高効率の電子銃を提供する。 【構成】 イオン化室２内に２本の陽極ワイヤ２０が配
設され、これらの陽極ワイヤ２０にパルス電圧を印加す
ることにより、ワイヤ放電が点弧されるように構成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高電力電子銃に係り、
特に、電子ビーム強度を容易に変化させることができる
ように改良を施した電子銃に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、化学反応、顕微鏡、分析、溶接等
の多くの先端材料の分野で電子ビームが使用され、この
電子ビームの発生源として電子銃が用いられている。図
３に、従来から用いられている電子銃の一例を示した。
即ち、電子銃は、陽極ワイヤ１をその内部に配置したイ
オン化室２と、後述する導電性抽出グリッド４を介して
前記イオン化室２と連通する高電圧室６とから構成され
ている。また、前記イオン化室２には、高電圧室６とは
反対側に電子に対して透過性のある出口窓１１が形成さ
れ、さらに、高電圧室６との連結部には、出口窓１１の
電圧にほぼ等しい電圧の導電性抽出グリッド４が形成さ
れている。

【０００３】一方、前記高電圧室６内には、高い負のバ
イアス電圧にある陰極５が絶縁物８に支持されて収納さ
れ、この陰極５から高電圧室６の外部へ高電圧導入端子
９が引出されている。また、高電圧室６には排気口１０
が設けられ、これを排気装置（図示せず）に連結するこ
とによって、前記イオン化室２及び高電圧室６内の圧力
を制御できるように構成されている。

【０００４】なお、イオン化室２と高電圧室６の両者
は、陽イオン化を達成できる極めて低い圧力の気体を含
有しており、通常は１０〜５０ミリ・トールのヘリウム
が用いられる。また、イオン化室２の壁３と高電圧室６
の壁７は、共にアース電位になっている。さらに、イオ
ン化を行う際には、陽極ワイヤ１とイオン化室の壁３と
の間に、１０〜２０キロ・ボルトのパルス電圧が印加さ
れる。

【０００５】一方、陰極５は、高電圧供給源（図示せ
ず）に接続された高電圧導入端子９を通じて、負のバイ
アス電圧（例えば、−１５０キロ・ボルト）に恒常的に
維持されている。また、出口窓１１は、高エネルギーに
対して透過性のある幾分薄いシートで構成されている。
このシートは、アルミニウムまたはチタンのような金属
で作成することが可能であり、数１０マイクロ・メータ
の厚さを有している。さらに、この窓幅としては、多く
の適用例、特に、照射による材料の処理に関連した適用
例においては、１ｃｍを越える窓幅を要している。

【０００６】この様に構成された従来の電子銃において
は、以下に述べる様にして、電子ビーム源となる電子が
放出される。即ち、イオン化室２に配置された陽極ワイ
ヤ１に、低圧力下でパルス電圧を印加すると、アース電
位にあるイオン化室の壁３との間にワイヤ放電が起こ
り、イオン化室２内の陽極ワイヤとイオン化室の壁との
間にプラズマが発生する。

【０００７】一方、高電圧室６内に配設された陰極５
は、イオン化室２から導電性抽出グリッド４方向に拡散
してきた前記プラズマ中から導電性抽出グリッドを通し
て陽イオンを引出す。この陽イオンは、イオン化室２と
高電圧室６との間に配設された導電性抽出グリッド４を
通って高電圧室６に侵入し、陰極５に衝突する。する
と、陰極５の表面において、前記陽イオンの衝撃によっ
て電子が放出される。

【０００８】この様にして放出された電子は、陽イオン
とは逆方向に進み、導電性抽出グリッド４に向かって加
速され、さらに、イオン化室２を通過して出口窓１１に
至り、電子ビーム源として供給される。

【０００９】ここで、導電性抽出グリッド４の近辺にお
ける陽イオンの初期エネルギーを無視し、陰極５におけ
る負のバイアス電圧ＶHT、陽イオンの電荷量をｅとすれ
ば、陽イオンは（単一の荷電イオンに関係があることを
念頭におけば）、ｅ・ＶHTに等しいエネルギーをもって
陰極５に到達するものと考えることができる。また、陰
極５の表面上で抽出グリッドより引出された陽イオンの
衝撃により２次放出された電子は、導電性抽出グリッド
４に向かって加速され、そこで電子は、ｅ・ＶHTのエネ
ルギーに到達する。これらの状態下において、１個の陽
イオンと、この陽イオンによって放出される電子は、同
じ電場線に対応して、ほぼ重畳する軌道を呈する。

【００１０】上記の様な電子銃は、主として、電子銃を
電子励起によるガス・レーザ、マグネット・ハイドロダ
イナミック発電機に、また、出口窓１１をＸ線発生用タ
ーゲットに置換えることで、Ｘ線発生装置に適用し得る
ものである。

【００１１】ところで、電子銃より発生する電子ビーム
強度は、適用対象（例えば、電子励起によるガス・レー
ザ等）に著しく依存するものである。そこで、従来は、
上記のビーム強度対策として、図３に示した陽極ワイヤ
１に印加するパルス電圧を変えることにより、イオン化
室２内全体のプラズマ密度（放電電流密度）を変化さ
せ、高電圧室６に引出す陽イオン数を変化させること
で、陽イオンによって放出される電子数を変え、電子ビ
ーム強度を制御する方法が用いられていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た様な従来の電子銃には、以下に述べる様な解決すべき
課題があった。即ち、電子ビーム強度を増加させるため
には、上記の様に、陽イオン数を増加させれば良いわけ
であるが、従来は、この手段として、イオン化室内のプ
ラズマ密度（放電電流密度）の増加、即ち陽極ワイヤへ
印加するパルス電圧の増加が必要となっていた。そのた
め、電子ビーム強度を増加させるには、パルス電圧を増
加させるためにパルス電源容量を大きくする必要があ
り、非常に効率の悪いものであった。

【００１３】本発明は、上記の様な従来技術の欠点を解
消するために提案されたものであり、その目的は、電子
ビーム強度を容易に増加させることができる、高効率の
電子銃を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、電子に対して
透過性のある出口窓と、その反対側に設けられた導電性
抽出グリッドを備え、また、低圧力でイオン化すべき気
体と、この気体を電離させて陽イオンを発生される陽極
ワイヤを備えたイオン化室と、前記導電性抽出グリッド
を介してイオン化室と連通され、導電性抽出グリッドに
対向する位置に陰極を収納した高電圧室から成る電子銃
において、前記陽極ワイヤを複数配設したことを特徴と
するものである。

【００１５】

【作用】本発明の電子銃によれば、陽極ワイヤを複数配
設することで、ワイヤ放電の放電電流、即ちプラズマ密
度を画期的に増加させることができるので、導電性抽出
グリッドを通して陽イオンをより多く引出すことができ
る。その結果、要求される電子ビーム強度の増加に容易
に対応できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に基づいて具
体的に説明する。なお、図３に示した従来型と同一の部
材には同一の符号を付して、説明は省略する。

【００１７】本実施例においては、図１に示した様に、
イオン化室２内に２本の陽極ワイヤ２０が配設され、こ
れらの陽極ワイヤ２０にパルス電圧を印加することによ
り、ワイヤ放電が点弧されるように構成されている。そ
の他の構成は図３に示した従来型と同様である。

【００１８】この様な構成を有する本実施例の電子銃に
おいては、以下に述べる様にして、電子ビーム強度を容
易に増加させることができる。即ち、イオン化室２内に
配設された２本の陽極ワイヤ２０とイオン化室の壁３と
の間にパルス電圧を印加する。すると、陽極ワイヤ２０
とイオン化室の壁３との間にワイヤ放電が生じ、プラズ
マが生成される。

【００１９】この場合、本実施例においては２本の陽極
ワイヤを用いているので、図２に示した様に、１本の陽
極ワイヤを用いた従来型に比べて、ワイヤ放電電流が増
加する。このワイヤ放電により生成されたプラズマ中の
陽イオンは、高電圧室６内の陰極５に向かって加速さ
れ、陰極５に衝突する。この時、２本の陽極ワイヤによ
る放電によって導電性抽出グリッド４から引出される陽
イオン数は、従来のほぼ２倍に増加しているため、陽イ
オンによって２次放出される電子数も増強され、その結
果、電子ビーム強度が増加する。

【００２０】従って、電子ビーム強度を大幅に増加させ
る必要がある場合には、陽極ワイヤのパルス印加電圧が
低い場合であっても、イオン化室２内に配設する陽極ワ
イヤの本数を増加させることにより容易に対応できる。
また、陽極ワイヤに印加するパルス電圧を低減すること
ができるので、パルス電源の長寿命化及びパルスの高繰
返し化が容易となる。

【００２１】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、イオン化室内に配設する陽極ワイヤの
数は、所望の電子ビーム強度に合わせて、適宜調整する
ことができる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、イオ
ン化室内に複数の陽極ワイヤを配設するという簡単な手
段で、電子ビーム強度を容易に増加させることができ
る、高効率の電子銃を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子銃の一実施例を示す断面図

【図２】陽極ワイヤの使用本数とワイヤ放電電流の関係
を示す図

【図３】従来の電子銃の一例を示す断面図

【符号の説明】

１…陽極ワイヤ ２…イオン化室 ３…イオン化室の壁 ４…導電性抽出グリッド ５…陰極 ６…高電圧室 ７…高電圧室の壁 ８…絶縁物 ９…高電圧導入端子 １０…排気口 １１…出口窓 ２０…陽極ワイヤ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子に対して透過性のある出口窓と、そ
   の反対側に設けられた導電性抽出グリッドを備え、ま
   た、低圧力でイオン化すべき気体と、この気体を電離さ
   せて陽イオンを発生される陽極ワイヤを備えたイオン化
   室と、前記導電性抽出グリッドを介してイオン化室と連
   通され、導電性抽出グリッドに対向する位置に陰極を収
   納した高電圧室から成る電子銃において、 前記陽極ワイヤを複数配設したことを特徴とする電子
   銃。